CA2185519A1

CA2185519A1 - Collecteur d'ondes en forme de bobinage imprime pour objet portatif electronique tel que carte ou badge sans contact

Info

Publication number: CA2185519A1
Application number: CA002185519A
Authority: CA
Inventors: Patrice Brice
Original assignee: Individual
Current assignee: Regie Autonome des Transports Parisiens
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1997-03-16
Also published as: EP0763799A1; US5714744A; FR2738932A1; AU703461B2; JPH09171544A; AU6562496A; FR2738932B1

Abstract

Cet objet comprend un circuit réalisé sur un circuit imprimé double face, avec un bobinage gravé sur le circuit imprimé, ce bobinage comprenant une pluralité de spires alternées gravées sur chacune des faces de la carte, chacune de ces spires étant une spire ouverte reliée à son extrémité, par un via traversant la carte, à l'extrémité voisine homologue de la spire suivante disposée sur la face opposée de la carte, les spires successives étant ainsi reliées en série de manière alternée et concentrique par une série de vias. Selon l'invention, sur une première face les régions terminales des spires en vis-à-vis sont prolongées au-delà de la ligne médiane des extrémités de spires de manière à imbriquer alternativement ces régions terminales et sur la face opposée l'étendue des spires (S1, S3, S5, S7) est limitée de manière à ménager une zone libre (25) radiale, les vias de traversée (T1 - T8) étant disposés à l'extérieur de cette zone libre et le long de celle-ci, la carte comprenant en outre au moins une piste conductrice gravée (26) reliant un point situé à l'intérieur du bobinage à un point situé à l'extérieur du bobinage et passant à l'intérieur de la zone libre et le long de celle-ci.

Description

I J 1 ~ 71 ~a l~H~l~h~lLr~ rHt~ l~ le l~U~b 1~ 5 Q4 ~IN Pg ~ 19 218~519 L'invention concerne un objet portatif du type "carte sans contact"
ou "badge sans contact", c'e~t-à-dire un objet portatif susceptible d'é-changer des informations avec un lecteur externe en approchant l'objet de celui-ci de manière à permettre un couplage électromagnétique, non galvaniQue L'éc~ange d'irlformations (lecture et, év~ Pll~m~nt, écri-ture d'une mémoire de données incorporée à l'objet) se fait alors par voie radioélectrique ou en faisant varier un champ magnétique produit par une bobine d';n~oti~n Comme exemple de tels objets portatifs, on trouve les badges utili-sés pour le télépéage, notamment le télépéage de trallsporls urbains tels que métro ou autobus. Ce~te application n'est cependant qu'un e~emple, et ces objet6 portatifs peuvent être utilisés dans de nombreu-ses autres techniques, telles que par exemple le contrôle d'accès physi-que à des locau~ protegés.
Cette tecbnique est en elle-même bien connue, et on pourra par el~emple se référer au FR-A-2 640 830, qui décrit un exemple de struc-ture d'objet portatif convenant à une telle application, et au EP-A-0 o65 469, qui décrit la manière dont l'échallge de données est opéré
sans contact entre un objet portatif et un lecteur Un tel badge comporte un collecteur d'ondes incorporé sensible à la composante magnétique du champ électrom~ que, realisé sous for-me d'un bobinsge intégré, ~e plus souvent UUl bobinage directement gra-vé sur la carte de circuit imprimé portant les divers con~posants du cir-cuit électronique.
L'invention s'applique particulièrement au cas où ce bobinage est réalisé sous forme d'une série de ~pires gravées sur l'une et l'autre des faces de la carte (ou sur deux couches successives dans le cas, plus gé-néral, d'un circuit imprimé multicouches). Le FR-A~2 640 830 précité
comporte ainsi quatre spires sur le recto de la carte et quatre spires sur le verso, ~ e~ ent en ~is-à-vis de part et d'autre de la carte.
La présence des spires du bobinage sur l'une et l'autre face de la carte a cependant pour inconvénient de créer un contour fermé empe-chant toute liaison par une piste imprirnée entre un ou plusieurs points situés à l'intérieur de ce contour et des points homologues situés à l'ex-térieur.
.. . . .. . . . . .. . .. ... . . . . . .. . .. . . . .. . .

.. _ _ _ ~,_ .,. ..,~"~.., ....~ ... 1~ L~ tl J~ ~b 1~ H'i ~ I'g: 4/1~
218~19 ;~
Cette liaison (ou chacune de c~s liai~on~) c~t ~lorr rc~ cc ~3d~ un élément conducteur rapporté ou ''strap". On peut ainsi prévoir le report d'un "strap" isolé comportanl à ses extrénu~és une ~one étamée pour permettre son montage, le circuit imprimé comportant alors des pl~ges pour accueillir ces extrémités; on peut ég~lPmPnt utiliser un "strap"
non isolé, par e~emple un fil etamé, le circuit imprimé étant alors pourvu, outre le6 plages d'accueil des extrémités, d'un vernis perrnet-tant d'isoler la zone centrale du "strap" d'avec les régions c~n~ ric~
du circuit imprimé, notamment les conducteurs formant les spires du 1 0 bobinag~.
Un des buts de la plésente invention est de pouvoir réaliser une telle liaison entre des points intérieurs et des points extérieurs au bobi-nage sans report d'aucun élément, ceci grâce à une topologie particuliè-re des spires qui permette le passage de pistes conductrices directe-ment gravées sur l'une des faces de la carte imprimée, avec les avanta-ges corrélatif`s en ce qui concerne la simplification du processus indus-triel et la réduction correspondante du coût unitaire du produit.
En effet, on peut ain6i supprimer les "6trap6" et s'aEranchir de tout problème d'isolation de ceux-ci par rapport au circuit imprinné. De plus, I'invention permet de réaliser une pluralité de liaisons pour un codt identique, par exemple pour le pa3sage de fils d'AIimPn~.Ati~n la con-nexion à un point milieu du bobinage, etc., alors que la multiplication du nombre des "straps" impliquerait une augmentation corrélative du cout de production.

2{i La présente invention vise, ainsi, un objet portati~du type précité, c'est-à-dire comprenant un circuit électronique réalisé sur une carte de circuit imprimé double face, avec des moyens d'émission/réception sans contact de données échangées avec un tern~inal distant, dans lequel les moyens d'émission/réception comprennent un collecteur d'onde en for-me de bobinage gravé sur la carte de circuit imprimé, ce bobinage com-prenant une pluralité de spires a~ternées gravées sur chacune des faccs de la carte, chacune de ces spires étant une spire ouverte reliée à son extrémité, par un via ~dVt:' ~dlll la carte, a l'extrémité voisine homolo-gue de la spire suivante disposée sur la face opposée de la carte, les spires successiYes étant ainsi re~iées en série de manière altcrnée et , _ .. . .... . .. . ..... .. . . .. ... . ..

2~8S~19 concentrique par une série de vias.
~ elon l'invention, sur une première face de la carte l'etendue en di-rection curviligne des régions terrninales des spires en vis-à-vis est pro-loDgée au delà de la ligne médiane des extrérnités de spires de manière 5 à imbriquer alternativement ces régions terminales et, sur la face op-posée de la carte, I'étendue en direction curviligne des régions termina-les des spires en vis-à-vis est limitée de manière à ménager une zone li-bre s'étendant approximativement radialement, les vias de traversée étant disposés à l'extérieur de cette zone libre et le long de celle-ci, la 10 carte comprenant en outre au rnoins une piste conductrice gravée re-liant un point situé à l'intérieur du bobil~age à un point situé à l'exté-rieur du bobinage et passant à l'intérieur de la zone libre et le lon~ de celle-ci.
Selon diverses caractéristiques avantageuses:
16 -- les 6pires ont sensiblement une forme de carré ou de rectangle, et les régions t~rrninAIPc des spires s'étendent au voisinage d'un des sommets de ce carré ou de ce rec~angle, la ligne médiane des extré-mités des spires s'étendant de préférence sensiblement parallèle-ment à l'une des diagonales du carré ou du rectangle;
20 -- ledit point situé à l'intérieur du bobinage est relié à l'extrémité
d'une ~pire interne du bobinage, ou ledit point si tué à l'extérieur du bobinage est relié à l'e~trémité d'une spire externe du bobinage, notarnment pour la liaison à une borne du bobinage;
-- ledit point situé à l'intérieur du bobinage est re~ié à une borne d'a-25 limPntA~.inn et ledit point situé à l'e~térieur du bobinage est relié à
une borne du circuit électron;que, ou ledit point situé à l'extérieur dubobinageestreliéàuneborned'AlimPnlAtionetled;tpointsitué
à ~'intérieur du bobinage est relié à une borne du circuit électro-nique;
30 -- un autre point situé à l'extérieur du bobinage est relié à un via in-termédiaire par une autre piste conductrice gravée passant à l'in-térieur de la zone libre et le long de celle-ci, notamment pour la li-aison à une prise intermédiaire du bobillage.
.~5 0 UI~IILL t'lll~ l.!/tlY/Yb 1~:S~ 1~4 ~ IN P~: ~/19 2185~19 D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue de face d'un exemple de badge sans contact 5 auquel peuvent être appliqués les Pn~PjgnPmPnt~ de l'invention.
La figure 2 est une vue de face d'une calte de circuit à l'intérieur d'un tel objet, montrant les différentes pistes et plages conductrices, n-~t~mmPnt les spires d'un bobinage imprimé réalisé selon l'art anté-rieur.
Les figures 3 et 4 sont des vues de la collfiguration du bobinage se-lon les en~PienPmpnt~ de l'invention, formé respectivement sur une première et une seconde couche de circuit imprimé (correspondant au recto et au verso de la carte).
La figure 5 est une vue agrandie de la partie supérieure droite de 15 la figure 3I montrant plus précisément la géométrie particulière en cet endroit.
o Sur la figure 1, on a représenté un objet portatif du type "badge" tel 20 qu'utilisé par e~emp]e pour le télépéage des transportg en commun.
Extérieurement, ce badge 1 comporte simplement un afficheur ~ et un bouton-poussoir 3.
Le badge contient à l'intérieur un circuit électronique, réalisé sur une carte de circuit imprimé double face, référencée 4 sur la figure 2, 25 sur laquelle on n'a représenté que les pistes conductrices, sans les com-posants qui sont par exemples montés sur cette carte en technologie CMS et évPntllPIlemPn~ en technologie de pastillage (technologie dite PeAlPmPnt COB, Clzip On Bo~rd).
La carte 4 comporte, outre les diverses pistes 5 d'interconnexion 30 des comros~nt~ et de la puce, un bobinage imprimé, ré~érencé 6.
Dans la configuration de l'art antérieur, illustrée figure 6, (et qui correspond à la structure décrite dans le F~-A-2 6~0 ~30 précité, au-quel on pourra se référer pour de plus amples détails), le bobinage est constitué d'une pluralité de spiresr par exemple deux séries de spires 35 sur chaque face, la face visible figure 2 montrant leg spires 7, 9,11 et rdX ~:m~ . J~ ~lJ ~Y ~ ~ UHttUhllL~ l~Hl~l~i le l~t~/'Jb 1~ H~
~18S~19 t c~ l.r~ pira~ ~. 1(). 12 ot 1~ I pr6~ _Vil~ tr~
côté de !~ c~r~c~ -Chacune de ces spirPC a ~ r ~YPm~ nP fnrm~ .iPncihlPmPnt. r~r-rée (ou rectangulaire) et comporte deux extrémités 15,16 qui consti-6 tuent le point de départ d'une traversée ou "via" lui permettant de com-muniquer aYec l'autre côté de la carte pour 6e prolonger sur ce dernier par une spire ayant .s~niihlPmPnt~ les mèmes dimensions et dont l'ex-trémité sera située à l'endroit d'un autre via lui permettant de tra-Yerser l'épaisseur de la carte et se prolonger par la spire 9, et ainsi de 1 0 sui~e.
La spire située la plus à l'intérieur se termine sur une plage de contact 17, et celle située le plus à l'extérieur par une plage de contact 18 qui, sur l'exemple représenté, est direc~ement reliée aux pistes con-ductrices 6 assurant la conn~PYiorl aux divers éléments du circuit. La 15 liaison de ce circuit avec la plage 17 est réalisée par l'intermédiaire d'un "strap" placé entre la plage 17 et une plage 19 et venant chevau-cher l'ensemble des spires 7, g, 11 et 13.
L'espace central 20 défini à l'intérieur du bobinage 6 peut être uti-lisé pour placer d'autres composants, tout particulièrement une batte-20 rie dl~limpntptinn dont les deux pôles seront reliés à des plages 21 et 22reliées par d'autres ''straps" à des plages 23 et 24 situées en vis-à-Yis et permettan~ d'alimenter les divers composants du circuit.
On notera que la conrlguration illustrée, avec le circuit à l'extérieur du bobinage et l'~lim~Pntslt;nn à l'intérieur, peut être inversée, c'est-à-25 dire en préYoyant les circuits 5 à l'intérieur et l'a]imentation à l'exté-rieur du bobinage, mais le problème de la traversée du bobina~e par des "straps" de liaison se posera de façon identique.
L'invention propose, par une topologie particulière des spires du bobinage 6, d'éviter le recours à un ou plusieurs "straps", en permet-30 tant l'établissement d'une ou plusieurs liaisons entre l'intérieur et l'ex-térieur du bobinage exclusivement par des conducteurs gravés sur la carte imprimée.
Sur les figures 3 et 4 on a représenté ]es deux couches de circuit illustrant cette topologie, la figure 3 correspondant par exemple au 35 recto de la carte et la figure 4 a~ verso de ce~le-ci (la représ~ntation a .~x ~ s ya~ fUllJl~HLL l'l~RIS le 12/EI9/96 17:55 ~4 FIN Pg: 8~19 2185~19 été faite en couches superposables, le masqu~ de gravure pour l'une descouches devant être inversé par rapport à ce qui est illustré).
Dans l'exemple illustre, l anterlne est con~tituee de huit ~pire~ re~e-r~nc~e~ S1 ~ S8, ~ ~voir qu~tr~ spir~ 1, S3. S5 ot S7 sur une f~ac~ du 5 circuit et les quatre autres S2, S4, S6 et S8 sur l'autre face. Le bobi-nage est réalisé en reliant en série alternativement une face puis l'au-tre à chaque spire.
Pnti~ mPnt, on prévoit sur l'une des faces (celle illuYtr~e figure

3) de ménager entre les extrémités de chacune des spires un espace li-10 bre 25 orienté r~ lPmPnt de manière à définir un "couloir" radial per-mettant le passage d'un ou plusieurs con~llcte~1rs 26. Dans l'exemple illustré, le c~ndlll tPI~r 26 permet de relier l'exlrémité T8 de la spire la plus il~t~ uLe S8, c'est-à-dire la dernière spire du bobinage, a un élé-ment de circuit situé à l'extérieur du bobinage 6 (liaison qui était assu-15 rée par le "strap" monté entre les plages 17 et lg dans l'exemple de lafigure 2 selon l'art antérieur). On comprendra que l'on peut aisément faire passer dans ce "couloir" d'autres conducteurs, par exemple des li-gnes d'PlimPnt~tion ou des ~on~u~tpllrs de liaison à une prise intermé-diaire ou un point milieu du bobinage, dès lors que la largeur de ce cou-20 loir est suffisante pour respecter les distances d'isolement requises.
Le bobinage c,-mmPn(~e à la première borne CR1 par la spire S1, qui se termine à la traversée T1 (rlgure 3) où un ~ia la fait communi-quer à l'endroit de cette traversée avec le début de la deuxiè.me spire S2 (figure 4), qui se termine quant à elle à la traversée T2 et se prolonge 25 de l'autre côté du circu.it par la spire ~3 (figure 3), et ain~i de ~uite. La dernière spire S8 aboutit à la traversée T8 qui est ramenée, par le c~n-lllrt~P--r 26 mpntilmnfs plus haut, jusqu'à un point CR2, à l'ext~rieur de la boucle, c~ln~tjtu~nt la seconde borne du bobinage 6.
On remarquera que si, sur la face illustrée figure 3, les extrémités 30 T1, T3, T5 et T7, d'une part et CR1, T2, T4 et '1'6 d'autre part sont disposées selon deux lignes respectives à distance l'une de l'autre (pour dérmir l'espace libre du couloir 25), sur l'autre face illustrée figure 4, la configuration inverse prévaut, c'est-à-dire qu'il y a imbrication des ex-trémités de spires respectives, I'extrémité de piste aboutissant à la tra-35 versée T2 étant imbriquée entre les extrémités de pistes aboutissant f';lx Rrli paP ~ ) 44 4?~ 91 R~ B~RD~HI.I~ RI!:: 2 ~ 8 ~ 5 ~A9~R'3~9~ 4 I~IN P~: 9~19 aux traversées T1 et T3, et ainsi de suite.
On no~cr~ q~c 1~ oor~fi~urasion ~c l'ir~Jor~tio~ p~rmot dr pr~v~irai6ément une prise intermédiaire sur le bobinage en prenant la con-nexion dans la zone libre à ~'endroit d'une traversée (par exemple T4, 5 CR1 étant alors le début du bobinage, T4 le point milieu et T8/CR2 ~a fin du bobinage); il y a alors deux conducteurs dans l'espace libre du couloir 25, à savoir le contl~lr~ r 26 reliant T8 à CR2 et un conducteur 6upplRm~rt~ire reliant '1'4 a un autre point à l'extérieur.
La figure 5 illustre plus en détail la manière dont on détermine l~s 10 positions des diverseæ traversées à la conception du masque de gravure.
On dessine tout d'abord les spires S1, S3, S5 et S7 de manière con-centrique, en respectant l'isolement I entre spires adjacentes. Dans l'exemple illustré, on donne au~ spires une forme approximativement carrée, avec des angles arrondis~ et on fait se terminer les e"~lé,--ités 15 des spires approximativement le long d'une diagonale de ce carré (d'au-tres configurations étant bien entendu possibles).
On dessine ensuite les spires S2, S4, S6 et S8 sur la seconde cou-che, en vis-à-vis des spires S1, S3, S5 et S7, respectivelllent.
On dessine ensuite la liaison radia~e 26, de préférence le long d'une 20 des diagonales du carré, en respectant un isolement I entre le conduc-teur radial et le~ spi.res, correspondant donc à une largeur E + 2.1 pour la zone libre radiale 25.
On dessine ensuite la traversée T2, le plus près pos6ible du conduc-teur radial 26 compte tenu des distallces d'isolement.
2~ On trace ensuite une droite 27, inclinée de 30 par rapport au côté
du carré et passant par le centre de la traversée T2, d~inic~nt ainsi un point C à l'intersection de cette droite 27 avec la direction 2g du r~rn~ rtQur radial.
On trace ensuite un cercle de centre C passant par la traversée T2, 30 ce qui donne un rayon lR2. Les distances entre le centre C et les traver-sées T1 à T8 seront obtenues à partir de R2 en ajoutant ou en retran-chant à cette valeur un certain nombre de ~ois E + I, donnant des rayons correspondant R1 à R8. Les traversées T1 à T~ seront alors placées le plus près possi'ole du conducteur radial 26, et il suffira alors 35 d'ef~ectuer le raccordement par des arcs de cercle entre la traversée T1 aa ~Y r 1~ r 21855:19 et les spires S1 et S2, la traversée T2 et les spires S2 et S3, et ainsi de suite jusqu'à la traver6ée T7 e~ les spires 57 et S8.
Le con~llct~lr ru(li~t~ 2~ u~ ~Ivrj e~ UL
rieu}e 58 par l'int~ ;re de la traversée T8.
5 Le bobinage ainsi constitué a ses extrémités CR1 et CR2 6ituées s l'extérieur du bobinage, et celles-ci peuvent donc ètre directement re-liées aux divers circuits du badge sans liaison rapportée.
En variante, le conducteur radial aurait pu être raccordé à la spire extérieure S1, et le bobinage aurait alors eu ses deux extrémités C~1 et 10 C~2 à l'inté~ieur du bobinage, solution qui convient aux cas où les cir-cuits se trouvent non plus à l'e~térieur mai6 a l'interieur de ce bobi-nage.

~5

Claims

1. Un objet portatif (1) tel qu'une carte ou un badge, comprenant un circuit électronique réalisé sur une carte de circuit imprimé double face (4), avec des moyens d'émission/réception sans contact de données échangées avec un terminal distant, dans lequel les moyens d'émission/
réception comprennent un collecteur d'onde en forme de bobinage (6) gravé sur la carte de circuit imprimé, ce bobinage comprenant une pluralité de spires alternées (S1, S3, S5, S7; S2, S4, S6, S8) gravées sur chacune des faces de la carte, chacune de ces spires étant une spire ouverte reliée à son extrémité, par un via (T1 - T8) traversant la carte, à l'extrémité voisine homologue de la spire suivante disposée sur la face opposée de la carte, les spires successives étant ainsi reliées en série de manière alternée et concentrique par une série de vias, caractérisé en ce que, sur une première face de la carte, l'étendue en direction curviligne des régions terminales des spires en vis-à-vis est prolongée au-delà de la ligne médiane des extrémités de spires de ma-nière à imbriquer alternativement ces régions terminales et, sur la face opposée de la carte, l'étendue en direction curviligne des régions termi-nales des spires en vis-à-vis est limitée de manière à ménager une zone libre (25) s'étendant approximativement radialement, les vias de tra-versée étant disposés à l'extérieur de cette zone libre et le long de celle-ci, la carte comprenant en outre au moins une piste conductrice gravée (26) reliant un point situé à l'intérieur du bobinage à un point situé à
l'extérieur du bobinage et passant à l'intérieur de la zone libre et le long de celle-ci.

2. L'objet portatif de la revendication 1, dans lequel les spires ont sensiblement une forme de carré ou de rectangle, et les régions termi-nales des spires s'étendent au voisinage de l'un des sommets de ce carré ou de ce rectangle.

3. L'objet portatif de la revendication 2, dans lequel la ligne média-ne des extrémités des spires s'étend sensiblement parallèlement a l'une des diagonales du carré ou du rectangle.

4. L'objet portatif de la revendication 1, dans lequel ledit point ?
tué à l'intérieur du bobinage est relié à l'extrémité d'une spire interne du bobinage. ou ledit point situé à l'extérieur du bobinage est relié à
l'extrémité d'une spire externe du bobinage, notamment pour la liaison à une borne du bobinage.

5. L'objet portatif de la revendication 1, dans lequel ledit point si-tué à l'intérieur du bobinage est relié à une borne d'alimentation et le-dit point situé à l'extérieur du bobinage est relié à une borne du circuit électronique, ou ledit point situé à l'extérieur du bobinage est relié à
une borne d'alimentation et ledit point situé à l'intérieur du bobinage est relié à une borne du circuit électronique.

6. L'objet portatif de la revendication 1, dans lequel un autre point situé à l'extérieur du bobinage est relié à un via intermédiaire (T2-T7) par une autre piste conductrice gravée passant à l'intérieur de la zone libre et le long de celle-ci, notamment pour la liaison à une prise inter-médiaire du bobinage.